עבודה של צוות מחקר בראשות המעבדה הלאומית Oak Ridge של משרד האנרגיה האמריקאי מספקת הבנה טובה יותר של חומרי קירור במצב מוצק.
מדענים מקווים שקירור מצב מוצק יוכל בסופו של דבר להחליף את טכנולוגיית הקירור המסורתית של דחיסת אדים במערכת שקטה, קומפקטית וקלת משקל שתאפשר בקרת טמפרטורה מדויקת.
למרות שהגילוי של חומרים משופרים והמצאת מכשירים איכותיים יותר כבר עוזרים לקדם את צמיחתה של שיטת הקירור החדשה, הבנה מעמיקה יותר של שיפורי החומר היא חיונית.
פרסום
צוות המחקר השתמש בחבילה של מכשירים לפיזור נויטרונים כדי לבחון בקנה מידה אטומי חומר שמדענים מחשיבים כמועמד אופטימלי לשימוש בקירור מוצק.
החומר, ניקל-קובלט-מנגן-אינדיום סגסוגת צורה מגנטית-זיכרון, ניתן לעיוות ולאחר מכן להחזירו לצורתו המקורית על ידי העברתו דרך מעבר פאזה או על ידי הגדלת טמפרטורה או על ידי הפעלת שדה מגנטי.
כאשר הוא נתון לשדה מגנטי, החומר עובר מעבר פאזה מגנטי ומבני, שבמהלכו הוא סופג ומשחרר חום באמצעות האפקט המגנטו-קלורית.
מאפיין מרכזי של החומר הוא קרבתו לתנאים לא מסודרים הידועים כמצבי זכוכית פרואיים, מכיוון שהם מציגים דרך לשפר את יכולת החומר לאגור ולשחרר חום.
מגנונים, הידועים גם כגלי ספין, ופונונים, או תנודות, מתחברים בריקוד מסונכרן באזורים קטנים המפוזרים על פני סידור האטומים המעורער המרכיבים את החומר. החוקרים מצאו שלדפוסי התנהגות באזורים קטנים אלה, המכונים מצבי מגנון-פונון היברידי מקומי, יש השלכות חשובות על התכונות התרמיות של החומר.
המדענים חשפו שהמצבים גורמים לשינוי או שינוי משמעותי של הפונונים על ידי נוכחות של שדה מגנטי. המצבים גם משנים את יציבות הפאזה של החומר. שינויים אלו יכולים לגרום לשינויים מהותיים בתכונות החומר ובהתנהגותו שניתן לכוונן ולהתאים.
"פיזור הנייטרונים מראה כי יכולת הקירור של סגסוגת זיכרון הצורה המגנטי משולשת על ידי החום הכלול במצבי מגנון-פונון היברידיים מקומיים אלה שנוצרים בגלל אי הסדר במערכת", אמר מייקל מנלי מ-ORNL, מוביל המחקר. .
"ממצא זה חושף דרך לייצור חומרים טובים יותר עבור יישומי קירור במצב מוצק לצרכים חברתיים."
סגסוגת זיכרון הצורה המגנטית שהצוות חקר נמצאת בשלב שכמעט יצר מצבים לא מסודרים הידועים כזכוכית ספין וזכוכית מתיחה – לא הזכוכית המוכרת המשמשת בחלונות ובמקומות אחרים אלא שלבים לא שגרתיים של חומר חסרי סדר.
פרסום
המומנטים המגנטיים, או המגנטים הזעירים, הקשורים לאטומים בשלב זכוכית הספין מכוונים באופן אקראי ולא מצביעים לאותו כיוון. באופן השוואתי, בשלב הזכוכית המתיחה, סריג האטומים מתאמץ בקנה מידה ננומטרי בתבנית מבולגנת ולא סדירה.
זכוכית ספין וזכוכית מתיחה מכונים תנאים מתוסכלים בחומר מכיוון שהם נובעים מאינטראקציות מתחרות או אילוצים שמונעים מהחומר להגיע למצב מסודר יציב.
"ככל שהחומר מתקרב למצב המתוסכל הזה, כמות החום המאוחסנת גדלה", אמר מנלי. "אינטראקציות לטווח ארוך וקצר מתבטאות בתנודות מקומיות ובגלי ספין, מה שאומר שהם נלכדים באזורים קטנים. זה חשוב מכיוון שמצבי רטט מקומיים נוספים אלה אוגרים חום. שינוי השדה המגנטי גורם למעבר פאזה נוסף שבו החום הזה משתחרר".
שליטה בפונקציות של סגסוגת זיכרון הצורה המגנטית כך שתוכל לשמש כספוג חום יכולה להיות אחת הדרכים לאפשר קירור יעיל במצב מוצק ללא צורך בחומרי קירור מסורתיים או רכיבים מכניים.
את עבודת המחקר שפורסמה ב- Science Advances ניתן למצוא כאן
